(57)【要約】【課題】  インクミストの発生とノズルからの気泡巻き込みを抑制しつつ、印刷速度を高めること。【解決手段】  インクジェットヘッドのノズル内のインクメニスカスをインクジェットヘッドの内部へ後退させる第１の行程と、第１の行程の後にインクメニスカスをインクジェットヘッドの外部へ前進させインクを噴射する第２の行程と、第２の行程の後にインクメニスカスをインクジェットヘッドの内部へ後退させる第３の行程により１つのインク滴を吐出し、第１の行程の開始から第３の行程の終了までの時間に対する第２の行程の時間の比を０．３８〜０．５に設定した。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドを、前記駆動信号に応じて駆動し前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、
前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第１の行程と、前記第１の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させインクを噴射する第２の行程と、前記第２の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第３の行程により１つのインク滴を吐出し、
前記第１の行程の開始から第３の行程の終了までの時間に対する前記第２の行程の時間の比を０．３８〜０．５に設定したことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項２】
インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータとを備えたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを駆動する駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速振動の応答特性を測定し、その応答特性に基づいて演算によって求めた駆動信号を発生させる駆動信号発生手段を有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号の波形は、前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第１の行程と、前記第１の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させる第２の行程と、前記第２の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第３の行程を有し、前記第１の行程の開始から第３の行程終了までの時間に対する前記第２の行程の時間の比を０．３８〜０．５に設定したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータとを備えたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを駆動する駆動信号を発生させる駆動信号発生手段を有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号は、１つのインク滴を吐出させる信号として、初期状態より圧力室を拡張させる第１の電圧変化と、前記第１の電圧変化の後に圧力室を収縮させる第２の電圧変化と、前記第２の電圧変化の後に圧力室を拡張させる第３の電圧変化と、前記第３の電圧変化の後に圧力室を収縮させる第４の電圧変化と、前記第４の電圧変化の後に圧力室を拡張させる第５の電圧変化とを前記アクチュエータに与え、前記第２の電圧変化は前記第１の電圧変化より大きく、前記第３の電圧変化は前記第２の電圧変化より小さく、前記第４の電圧変化は前記第３の電圧変化より大きいことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号に応じて圧力室の容積を可変させインクを吐出するインクジェットヘッドの駆動方法およびインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータの変形によってインクが充填された圧力室の容積を可変させインクを吐出させる圧電式のインクジェットヘッドが、広く使われている。圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、インクメニスカスの制御が比較的容易なため、印刷媒体に印字するドットの大きさを個々に変化させる階調記録を行うことができる。
【０００３】
また、圧電式のインクジェットヘッドを用いた記録装置では、１つのインク滴の吐出行程において、ノズル内のインクメニスカスを初期位置より後退させ、その後にインクメニスカスを前進させて初期位置よりインクメニスカスが前に出た分をインク滴として吐出し、その後再びインクメニスカスを後退させる技術が広く用いられている。
【０００４】
特許文献１には、せん断モード型のインクジェットヘッドを用いて階調記録を行う技術が開示されている。その階調記録を行うために、１画素を形成する複数のインク滴を連続的に吐出させ、吐出インク滴数を制御している。この技術では、インクジェットヘッドは４分割駆動され、１つのノズルからインク滴を吐出し次にそのノズルからインクを吐出するまでの時間を１印字周期として、その１印字周期の１／４の時間内に４つのインク滴を吐出させる必要がある。したがって、第５図に示されるように、インク滴の吐出行程に要する時間が印字周期のほとんどを占めている。
【０００５】
特許文献２には、特許文献１に開示されている駆動信号と同様に駆動信号の波形を変えることにより、インク滴を吐出する前のインクメニスカスの後退時間や、インク滴を吐出した後のインクメニスカスの後退時間を変化させることが開示されている。しかし、インクメニスカスが前進する時間、すなわちインクの噴射時間や、１つのインク滴の吐出行程に要する時間はほぼ一定である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４２４１４号公報
【特許文献２】特開２００４−８２６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、これら特許文献１および２に開示された技術では、さらに以下に述べるような改善するべき点を見出した。以下の説明で述べる、１つのインク滴の吐出行程に要する時間（以下「吐出行程時間」と称する）とは、インクメニスカスを後退させ、その後にインクメニスカスを前進させてインクを噴射し、その後にインクメニスカスを後退させる時間の和のことである。
【０００８】
特許文献１に開示された技術では、インク滴の吐出動作を行っている時間が印字周期のほとんどを占めている。そのため、この技術を用いて印字周期をさらに短縮して印刷速度を向上させるためには、吐出行程時間を短縮する必要がある。吐出行程時間を短縮するためには、特許文献２に記載されたように吐出行程時間に対するインクの噴射時間の比が一定な場合、インクの噴射時間を短縮する必要がある。
【０００９】
単にインクの噴射時間を短縮した場合、インク滴の吐出体積が減少する。インクの噴射時間を短縮しつつインク滴の所望の吐出体積を維持するには、インク滴の吐出速度を大きくするか、ノズルの開口径を大きくする必要がある。しかし、吐出速度を大きくするとインクミストが発生しやすくなって印字品質が損なわれる上、ノズルから気泡を巻き込みやすくなり吐出安定性が低下する。したがって、インク滴の吐出速度を大きくすることによってインクの噴射時間を短縮して、印刷速度を向上させる方法には限界がある。
【００１０】
そのため、本発明者は、インクの噴射時間を短縮するにあたり、ノズルの開口径を大きくしてインク滴の吐出速度を低い値に維持しつつ所望の吐出体積のインク滴を得ることを試みた。しかし、ノズルの開口径を大きくしても、やはりノズルからの気泡の巻き込みによる吐出安定性の低下が発生した。
【００１１】
以上のように、特許文献１および２に開示した技術では、さらに印刷速度を向上させた場合、吐出安定性を実用的なレベルに改善すべきであることがわかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以上の課題を解決するために、インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドを、前記駆動信号に応じて駆動し前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第１の行程と、前記第１の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させインクを噴射する第２の行程と、前記第２の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第３の行程により１つのインク滴を吐出し、前記第１の行程の開始から第３の行程の終了までの時間に対する前記第２の行程の時間の比を０．３８〜０．５に設定したことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、吐出行程時間に対するインクの噴射時間の比を１／３より大きくすることにより、インクの噴射時間を短縮することなく吐出行程時間を短縮した。そのため、インク滴の吐出速度を増加させたり、ノズルの開口径を大きくしたりことなく、従来方法に比べ印刷速度を向上させつつ吐出安定性を実用的なレベルに維持することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。最初に、インクジェットヘッド１０１の構造について述べる。図１及び図２は各々インクジェットヘッド１０１の縦断面図及び横断面図である。低誘電率の基板１の先端部には、分極方向が互いに板厚方向に対して内側に向かって反対になるように貼り合わせた圧電部材２、３が埋め込まれている。そして、圧電部材２、３及び圧電部材２、３の後方にある基板１の部分には、ダイヤモンドカッタによる切削加工で、一定の間隔で複数の長溝６が互いに平行に形成されている。インク供給手段であるインク供給路１４は、前記基板１の上に天板枠４とインク供給口１５を有する天板蓋５を接着して形成されている。前記各長溝６の圧電部材２、３と天板枠４とで囲まれた部分が、圧力室７となっている。前記各圧電部材２、３は、圧力室７を変形駆動するアクチュエータ１３になっている。前記各圧力室７の先端には、インク滴を吐出するためのノズル１０を形成したノズルプレート１１が接着剤により固定されている。圧力室７を形成する長溝６の側面と底面には、個々に電気的に独立した電極８が無電解メッキにより形成されている。前記電極８は圧力室７の後端から基板１の上面に延出して後述する駆動回路に接続されている。なお、電極８の形成は、無電解メッキに限らず、スパッタリングや真空蒸着などで電極材を成膜後、エッチングにより所定のパターンにする方法で形成することも可能である。ここで、圧力室７の長さＬは、図１に示すように圧力室７の先端から天板枠４の後端部すなわち長溝６と天板枠４で囲まれている部分である。
【００１５】
次に、駆動回路について述べる。図３に駆動回路のブロック図を示す。駆動回路は、駆動波形メモリー２１とＤ／Ａ変換機２２と増幅器２３からなる駆動信号発生手段、駆動信号選択手段２４、画像メモリー２５、デコーダ２６で構成されている。駆動波形メモリー２１には、インクを吐出する圧力室に印加する駆動信号ＡＣＴと、インクを吐出しない圧力室に印加する駆動信号ＩＮＡの波形情報が記憶されている。これらの駆動信号ＡＣＴとＩＮＡの波形情報は、各々Ｄ／Ａ変換機２２でアナログの駆動信号に変換される。さらに、これらの駆動信号は、増幅器２３で増幅された後、駆動信号選択手段２４に入力される。なお、駆動回路は、Ｄ／Ａ変換後に増幅する構成に代えて、Ｄ／Ａ変換機２２の後に駆動信号選択手段２４を設け、その後に増幅器２３を設けても良い。
【００１６】
また、画像メモリー２５に記録された画像の各画素の階調情報に基づき、デコーダ２６がインク滴の吐出／非吐出を制御するＯＮ／ＯＦＦ信号２７を発生させ、ＯＮ／ＯＦＦ信号２７を駆動信号選択手段２４に供給する。本実施例では、〔表１〕に示すように、１画素につき最大で４つのインク滴の吐出／非吐出を個別に制御することにより、８値の階調記録を行うことができる。第１ドロップの吐出体積は６ｐｌであり、第２〜第４ドロップの吐出体積は１２ｐｌである。
【表１】
2007111965.tif 000003
【００１７】
図４に駆動信号選択手段２４の回路図を示す。駆動信号選択手段２４は各圧力室に設けた電極に接続するアナログスイッチからなり、それぞれの電極にＡＣＴ信号またはＩＮＡ信号を切り替えて供給するようになっている。本実施例ではインクジェットヘッドを４分割駆動する駆動信号選択手段２４を示している。駆動信号選択手段２４は、個々の圧力室毎に、ＯＮ／ＯＦＦ信号２７がＯＮの場合にはアナログスイッチ２６によりＡＣＴ信号を選択し、ＯＮ／ＯＦＦ信号２７がＯＦＦの場合にはアナログスイッチ２６によりＩＮＡ信号を選択して、駆動信号ＡＣＴ１〜４及びＩＮＡ１〜４を電極８に分配する。
【００１８】
圧力室７ｃからインクを吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室７ｇからインクを吐出させない場合を例示し、駆動信号選択手段２４の構成を説明する。圧力室７ｃには、ＯＮ／ＯＦＦ信号２７ｃと、その左右のＯＮ／ＯＦＦ信号２７ａ、２７ｂ、２７ｄをＯＮにして、インクを吐出させる圧力室７ｃに設けた電極８ｃとその左右の圧力室に設けた電極８ａ、８ｂ、８ｄにはＡＣＴ信号を供給する。圧力室７ｇには、ＯＮ／ＯＦＦ信号２７ｇと、左右のＯＮ／ＯＦＦ信号２７ｅ、２７ｆ、２７ｈをＯＦＦにし、インクを吐出させない圧力室７ｇに設けた電極８ｇとその左右の圧力室に設けた電極８ｅ、８ｆ、８ｈにはＩＮＡ信号を供給する。
【００１９】
続いて、駆動信号選択手段に供給される駆動信号ＡＣＴ１〜４及びＩＮＡ１〜４について述べる。図５に、インクを吐出させる駆動信号であるＡＣＴ１〜４と、インクを吐出させない駆動信号であるＩＮＡ１〜４を示す。ここで、ＡＣＴ１〜４とＩＮＡ１〜４の周期をＴｃとする。Ｔｃは、１画素の印字周期に相当する。すなわち、あるノズルから１画素を形成するインク滴を吐出を開始してから、次に同ノズルがインク滴を吐出可能になるまでの時間である。また、ＡＣＴ１〜４とＩＮＡ１〜４は、時分割された時間だけ位相が異なる。本実施例では時分割数は４であるので、ＡＣＴ１〜４とＩＮＡ１〜４は、Ｔｃ／４の時間ずつ位相がずれている。ＡＣＴ１〜４は、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の３つの駆動信号で構成され、ＩＮＡは駆動信号Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５の３つの駆動信号で構成されている。図６に、駆動信号Ｗ１〜５を拡大して示す。Ｗ１〜５は、各々体積が６ｐｌの第１ドロップを吐出させる期間にあるＷ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗ３ａ、Ｗ４ａ、Ｗ５ａと、体積が１２ｐｌの第２ドロップを吐出させる期間にあるＷ１ｂ、Ｗ２ｂ、Ｗ３ｂ、Ｗ４ｂ、Ｗ５ｂと、同じく体積が１２ｐｌの第３ドロップを吐出させる期間にあるＷ１ｃ、Ｗ２ｃ、Ｗ３ｃ、Ｗ４ｃ、Ｗ５ｃと、同じく体積が１２ｐｌの第４ドロップを吐出させる期間にあるＷ１ｄ、Ｗ２ｄ、Ｗ３ｄ、Ｗ４ｄ、Ｗ５ｄとで構成されている。例えば、圧力室７ｃから６ｐｌインクを吐出させる場合、第３サイクルにおいてＯＮ／ＯＦＦ信号２７ａ〜ｄをＯＮにすることにより、圧力室７ａにはＷ３ａ、圧力室７ｂと７ｄにはＷ２ａ、圧力室７ｃにはＷ１ａの駆動信号が供給される。
【００２０】
次に、駆動信号Ｗ１〜Ｗ５の波形の生成方法について述べる。駆動信号Ｗ１〜Ｗ５の波形は、インク吐出によるメニスカス後退を無視した仮想のメニスカス振動（以下、仮想メニスカス振動と称する）と、実際のインクジェットヘッドの駆動信号に対するメニスカス振動から得られた応答特性とから、駆動信号の波形を逆算することによって求めることができる。
【００２１】
仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるノズル内のメニスカス振動のうち、ノズルからインクが排出されることに伴うメニスカスの後退や、インクの表面張力等によるインクリフィル作用に伴うメニスカスの前進などの非線形な成分を除去した、駆動信号に対して線形なメニスカス振動である。図７に実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す。このようなメニスカス振動は、インクが吐出しない程度に振幅を縮小した駆動信号をインクジェットヘッドに与えた場合に発生するメニスカス振動の振幅を拡大したものと考えることができる。
【００２２】
このような仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動とは異なっているが、インク吐出時のメニスカスの流速やノズルの外部に押し出されるインクの体積などの、インク滴の吐出速度や吐出体積に関わる重要な特性を備えている。また、実際のメニスカス振動は、非線形振動なことに加え、インクリフィル作用など駆動信号とは無関係な要因の影響を受けるので、これを駆動信号により制御することには限界がある。これに対し、仮想メニスカス振動は、非線形振動やインクリフィル作用などの駆動信号とは無関係な要因の影響を受けないので、仮想メニスカス振動を駆動信号により再現することが十分可能である。したがって、望ましい仮想メニスカス振動を定義し、それを生じさせる駆動信号をアクチュエータに与えることにより、インク滴の吐出速度や吐出体積などに関して望ましい特性を得ることができる。
【００２３】
図８に、仮想メニスカス振動の変位（仮想メニスカス変位）の一例を示す。Ｘ１〜Ｘ４はＡＣＴ信号が選択されたノズルの仮想メニスカス変位で、Ｘ５〜Ｘ８はＩＮＡ信号が選択されたノズルの仮想メニスカス変位である。インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位はＸ３である。変位はノズル面を基準とし、インクの吐出方向の変位を図面の上側としメニスカスがノズル内に引き込まれる方向を下側として示している。
【００２４】
インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位Ｘ３は、第１〜第４の各ドロップのインク吐出行程において、インク噴射前にノズル内のインクメニスカスをノズル面より後退させる第１の行程と、インク噴射のためにインクメニスカスをノズル面より前進させる第２の行程と、インク噴射後にインクメニスカスをノズル面まで後退させる第３の行程を有している。第１のドロップの第１の行程の時間、第２の行程の時間、第３の行程の時間は、各々ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａで示されている。また、第２〜第４ドロップの、第１の行程の時間、第２の行程の時間、第３の行程の時間は、各々ｔ１ｂ、ｔ２ｂ、ｔ３ｂで示されている。第１ドロップにおいて、第１の行程の開始から第３の行程終了までの時間すなわち吐出行程時間はｔ１ａ＋ｔ２ａ＋ｔ３ａであり、その内第２の行程の時間がインクの噴射時間ｔ２ａである。また、第２〜第４ドロップにおいて、吐出行程時間はｔ１ｂ＋ｔ２ｂ＋ｔ３ｂであり、インクの噴射時間はｔ２ｂである。各ドロップにおいて、吐出行程時間に対する噴射時間の比は、０．３８〜０．５、好適には０．４３に設定されている。
【００２５】
本実施例では仮想メニスカス変位Ｘ１、Ｘ２、Ｘ４、Ｘ５の振幅は仮想メニスカス変位Ｘ３の振幅の−１／３倍に設定され、仮想メニスカス変位Ｘ６、Ｘ７、Ｘ８の振幅は仮想メニスカス変位Ｘ３の振幅の１／９倍に設定されている。仮想メニスカス変位の振幅の比率は他の設定も可能である。
【００２６】
仮想メニスカス振動は、生成したい駆動信号の波形の種類に応じた数だけ定義する。本実施例では、インクを吐出させる駆動信号であるＡＣＴ１〜ＡＣＴ４と、インクを吐出させない駆動信号であるＩＮＡ１〜ＩＮＡ４の計８つの駆動信号があるので、８つの仮想メニスカス振動を定義している。以下、定義した仮想メニスカス振動の数を変数ｎで表記する。本実施例ではｎ＝８である。例えばカイザー型インクジェットヘッドのように、アクチュエータと圧力室が１：１で対応しているインクジェットヘッドの場合、ｎ＝１とする。その場合は、インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位のみ定義すれば良い。
【００２７】
インクジェットヘッドの応答特性は、インクジェットヘッドに応答特性測定用の駆動信号ＶＴを与え、その駆動信号によって生じるインクメニスカスの振動を測定することによって求めることができる。応答特性測定用の駆動信号ＶＴとしては、多くの周波数成分を有するノイズ信号か、単一の周波数成分を含む正弦波信号のいずれかが適当と考えられるが、ここでは主にノイズ信号を用いた場合について説明する。
【００２８】
まず、１印字周期Ｔｃと同じ周期でかつ適当な時間間隔ｄｔおきに無作為に電圧値を定めたノイズ信号ＶＴを生成し、ｎ−１個の圧力室の間隔をおいてそのノイズ信号ＶＴをインクジェットヘッドの圧力室に与える。ノイズ信号ＶＴを与えない圧力室の電圧は、一定の電圧とする。例えば、電極８ａ、８ｉにはノイズ信号ＶＴを与え、電極８ｂ〜８ｈ、８ｊ、８ｋの電圧は０Ｖとする。図２において符号が与えられていないその他の電極についても、同様のパターンで電圧を与える。この状態で、ｎに応じた数のメニスカス振動の流速波形を測定する。メニスカス振動の流速波形は、市販のレーザードップラー振動計、例えば（株）小野測器のＬＶ−１７１０を用い、インクジェットヘッドのノズル内のメニスカスにレーザービームを照射することによって測定することができる。図９にノイズ信号ＶＴを示す。同じく図９に、ノイズ信号ＶＴが引き起こす各ノズル内のメニスカス振動の流速波形の一例を示す。ノイズ信号ＶＴが与えられたノズル内のメニスカス振動の流速波形はＵＴ１であり、それに順次隣接するノズル内のメニスカス振動の流速波形はＵＴ２、ＵＴ３、・・・ＵＴ８である。
【００２９】
数式〔数１〕と数式〔数２〕を用いて、ノイズ信号ＶＴと、メニスカス振動の流速波形ＵＴをフーリエ変換し、各々電圧スペクトルＦＶＴと流速スペクトルＦＵＴに変換する。
【数１】
2007111965.tif 000004
【数２】
2007111965.tif 000005
【００３０】
ここで、ｍは、レーザードップラー振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザードップラー振動計で観測された流速データのサンプリング時間をｄｔとすれば、ｍはＴｃ／ｄｔの値となる。添字のｉは、圧力室の番号を示す１からｎまでの整数である。また、添字のｊは、時系列データにおいて先頭からｊ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｊ番目のデータは、時刻ｊ×ｄｔのデータを示している。添字のｋは、周波数系列データにおいて先頭からｋ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｋ番目のデータは、周波数（ｋ−１）／Ｔｃのデータを示している。Ｉは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。
【００３１】
電圧スペクトルＦＶＴｉ，ｋは、ノイズ信号ＶＴｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、流速スペクトルＦＵＴｉ，ｋは、メニスカス振動の流速波形ＵＴｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。
【００３２】
電圧スペクトルＦＶＴと流速スペクトルＦＵＴから、数式〔数３〕より駆動信号により引き起こされるメニスカス振動の応答特性Ｒが求められる。
【数３】
2007111965.tif 000006
【００３３】
Ｒｉ，ｋは、１番目の圧力室に周波数（ｋ−１）／Ｔｃの駆動信号が与えられたときにｉ番目の圧力室に発生するメニスカス振動の流速の振幅と位相を複素数形で示している。図１０に、各ノズルの周波数応答Ｒ１〜Ｒ８の、周波数と複素数の絶対値の関係及び周波数と複素数の位相角の関係を示す。
【００３４】
なお、テスト駆動信号ＶＴとしてノイズ波形を求める場合について説明したが、テスト駆動信号ＶＴとして周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数における流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Ｒを求めることも可能である。
【００３５】
続いて、仮想メニスカス変位Ｘと応答特性Ｒから駆動信号の波形を求める方法について述べる。まず、仮想メニスカス変位Ｘに対応する仮想メニスカス流速Ｕを求める。仮想メニスカス流速Ｕは、数式〔数４〕により求められる。
【数４】
2007111965.tif 000007
【００３６】
図１１に、数式〔数４〕により求められた仮想メニスカス流速Ｕ１〜Ｕ８を示す。図１１に示されるように、各ドロップのインク噴射速度とインクメニスカスの後退時間は一定になるように仮想メニスカス変位Ｘ３の各行程の時間は調整されている。
【００３７】
次に、数式〔数５〕を用いて仮想メニスカス流速Ｕのフーリエ変換を行い、仮想メニスカス流速Ｕの流速スペクトルＦＵを得る。
【数５】
2007111965.tif 000008
【００３８】
流速スペクトルＦＵｉ，ｋは、仮想メニスカス流速Ｕｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。
【００３９】
次に、インクジェットヘッドの応答特性Ｒと仮想メニスカス振動の流速スペクトルＦＵとから、駆動信号の電圧スペクトルＦＶＡを求める。応答特性行列［Ｒ］ｋを数式〔数６〕、電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝ｋを数式〔数７〕、仮想メニスカス振動の流速ベクトル｛ＦＵ｝ｋを数式〔数８〕としたとき、数式〔数９〕により周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧ベクトルＦＶＡｋが求められる。
【数６】
2007111965.tif 000009
【数７】
2007111965.tif 000010
【数８】
2007111965.tif 000011
【数９】
2007111965.tif 000012
【００４０】
数式〔数７〕および数式〔数９〕で得られた電圧スペクトルＦＶＡｉ，ｋは、駆動信号ＶＡｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、数式〔数６〕で得られる［Ｒ］ｋのａ行ｂ列目の要素は、ｂ番目の圧力室に印加される駆動信号の周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧振動に対するａ番目の圧力室に連通するノズル内のメニスカス振動の流速の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。［Ｒ］ｋ−１は［Ｒ］ｋの逆行列である。逆行列の演算は、例えばＷＯＬＦＲＡＭ  ＲＥＳＥＡＲＣＨ社のＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡなどの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。
【００４１】
次に、電圧スペクトルＦＶＡを数式〔数１０〕で逆フーリエ変換することにより、駆動信号ＶＡの波形が得られる。
【数１０】
2007111965.tif 000013
【００４２】
ここで、Ｒｅ［ｚ］は、複素数ｚ＝ａ＋ｂＩの実数部ａを得る関数である。ＶＡｉ，ｊは、仮想メニスカス流速Ｕを発生させる駆動信号ＶＡの、ｉ番目の圧力室の時刻ｊ×ｄｔにおける電圧値である。また、ｍ’は、駆動信号ＶＡの周波数成分の上限を決める整数である。ｍ’を大きくしていくと仮想メニスカス振動の再現性が向上するとともに駆動信号ＶＡの電圧振幅が増加する。ｍ’がある値を超えると、駆動信号ＶＡの電圧振幅の増加が著しくなる。したがって、ｍ’の値は駆動信号ＶＡの電圧振幅の増加が著しくなる値より少し小さな値に調整することが望ましい。
【００４３】
以上のようにして得られる駆動信号ＶＡの一例を図１２に示す。駆動信号ＶＡは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることも可能である。上述の方法で求めた駆動信号をそのまま用いた場合には駆動信号の電圧変化の範囲が大きく駆動回路が高価となるため、本実施例では、駆動信号の電圧変化の範囲を狭めて駆動回路の低価格化を図った。電圧変化の範囲を狭めるために、各時刻における駆動信号ＶＡ１〜ＶＡ８の電圧の最小値を求め、駆動信号ＶＡ１〜ＶＡ８のそれぞれの電圧からその最小値を引き算する。算出した駆動信号ＶＢ１〜ＶＢ８を図１３に示す。このようにして得られたＶＢ１〜ＶＢ８の適当な区間を切り取ることにより、駆動信号Ｗ１〜Ｗ５が得られる。
【００４４】
続いて、本実施例の作用と効果について説明する。本発明者は、上記の構成のインクジェット記録装置において、ノズル１０のインク吐出側の開口径と、吐出行程時間に対する噴射時間の比を変化させ、吐出安定性の評価を行った。
【００４５】
具体的には、〔表２〕に示す開口径のノズルを有するインクジェットヘッドの各々に対し、〔表１〕の階調７の駆動信号を与えて吐出体積が４２ｐｌになるように駆動信号の電圧振幅を調整した。さらに、仮想メニスカス振動の第１ドロップの吐出行程時間（ｔ１ａ＋ｔ２ａ＋ｔ３ａ）と第２〜第４ドロップの吐出行程時間（ｔ１ｂ＋ｔ２ｂ＋ｔ３ｂ）の時間を一定に保ちつつ、インク滴の吐出速度が１０〜１２ｍ／ｓになるように第１ドロップのインク噴射時間ｔ２ａと第２〜第４ドロップのインク噴射時間ｔ２ｂを調整した。
【表２】
2007111965.tif 000014
【００４６】
このような条件でストロボと顕微鏡による吐出液滴の観測を行った結果、〔表２〕に示す結果が得られた。ここで、×はインクの吐出を開始して５分以内に１回程度の頻度で気泡巻き込みによる不吐出が発生する場合を示している。△はインクの吐出を開始して２０分以内に１回程度の頻度で気泡巻き込みによる不吐出が発生する場合を示している。○は気泡巻き込みによる不吐出の頻度が２０分に１回未満の場合を示している。
【００４７】
〔表２〕の結果から、インク噴射時間／吐出行程時間を０．３８から０．５の範囲に設定することによって、インク滴の吐出速度を適当な範囲に保ちながらノズルの開口径を小さくでき、吐出安定性を実用的なレベルまで向上させる効果が見られた。インク噴射時間／吐出行程時間を０．５より大きくすると、吐出安定性が低下する傾向が見られた。これは、吐出行程時間を一定にしたまま噴射時間を大きくした結果、メニスカスを後退させる時間ｔ１ａ、ｔ３ａ、ｔ１ｂ、ｔ３ｂが短くなり、メニスカスの後退速度が増加して気泡を巻き込みやすくなったためと推定される。
【００４８】
また、本発明者は、インク噴射時間／吐出行程時間を０．４３とした仮想メニスカス振動に対して算出された駆動信号の電圧振幅を、圧力室７の長さＬを変化させながら解析した。この結果、駆動信号の電圧振幅を最小にする圧力室の長さＬが存在することがわかった。この圧力室の長さＬにおいて、アクチュエータに印加する電圧は図１４に示す電圧波形ＶＣとなる。横軸より上方向の電圧変化は圧力室７の容積を拡張させる電圧変化を示している。
【００４９】
電圧波形ＶＣの第２〜第４ドロップの波形ＶＣｂ〜ＶＣｄは、初期状態から圧力室７を拡張させる第１の電圧変化と、第１の電圧変化の後に圧力室７を収縮させる第２の電圧変化と、第２の電圧変化の後に圧力室７を拡張させる第３の電圧変化と、第３の電圧変化の後に圧力室７を収縮させる第４の電圧変化と、第４の電圧変化の後に圧力室７を拡張させる第５の電圧変化とを有している。さらに、波形ＶＣｂ〜ＶＣｄは、第２の電圧変化は第１の電圧変化より大きく、第３の電圧変化は第２の電圧変化より小さく、第４の電圧変化は第３の電圧変化より大きくなっている。このような電圧変化をインクジェットヘッド１０１のアクチュエータ１３に印加することにより、吐出行程時間に対する噴射時間の比率を好適にすることができ、結果的に印刷速度を低下させることなく、より吐出安定性を向上させることができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施例のインクジェットヘッドの縦断面図。
【図２】本実施例のインクジェットヘッドの横断面図。
【図３】本実施例の駆動回路のブロック図。
【図４】本実施例の駆動信号選択手段の回路図。
【図５】本実施例の駆動信号の波形を示す図。
【図６】本実施例の駆動信号の波形の詳細を示す図。
【図７】実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の違いを説明する図。
【図８】本実施例の仮想メニスカス振動の変位波形を示す図。
【図９】本実施例のテスト駆動信号の波形と、テスト駆動信号により発生する流速振動の波形を示す図。
【図１０】本実施例のインクジェットヘッドの応答関数を示す図。
【図１１】本実施例の仮想メニスカス振動の流速波形を示す図。
【図１２】本実施例の演算された駆動信号の波形を示す図。
【図１３】本実施例の演算された駆動信号の波形を変形した波形を示す図。
【図１４】本実施例の駆動信号によりアクチュエータに印加される電圧波形を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
７  圧力室
８  電極
１０  ノズル
１３  アクチュエータ
２４  駆動信号選択手段
２７  ＯＮ／ＯＦＦ信号
１０１  インクジェットヘッド
ｔ１  インク噴射前のメニスカスの後退時間
ｔ２  インク噴射時間
ｔ３  インク噴射後のメニスカスの後退時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007111965.tif 000021
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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